翟 月，馮嘉琦

(中國人民解放軍91550部隊(duì)，遼寧 大連 116023)

海上傾倒是港口與航道等工程建設(shè)所產(chǎn)生的疏浚物的主要3種處置方式之一，其余2種分別是吹填和資源化利用。傾倒區(qū)的使用，會(huì)導(dǎo)致使用海域的水體參數(shù)發(fā)生改變，水中的懸浮物、沉積物增加，會(huì)影響海域的生態(tài)環(huán)境，以及改變海底的形態(tài)，從而影響傾倒區(qū)的傾倒容量?！妒杩Ｎ飳ｍ?xiàng)評(píng)價(jià)指南》指出，傾倒區(qū)容量評(píng)估時(shí)應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)：①預(yù)期的年、月、周、日傾倒量；②傾倒區(qū)域是否為擴(kuò)散型海區(qū)；③由海底可能發(fā)生的堆積而使傾倒區(qū)水深減少的容許量。

傾倒區(qū)的類型會(huì)影響到傾倒區(qū)的容量，同時(shí)，傾倒區(qū)的傾倒強(qiáng)度和海底地形的改變也是傾倒區(qū)容量評(píng)估的重要組成部分。

現(xiàn)如今，傾倒區(qū)選劃的方法、傾倒區(qū)海洋活動(dòng)影響的研究方法較多，本文選用傳統(tǒng)的傾倒區(qū)容量評(píng)估方法對(duì)傾倒區(qū)的懸沙擴(kuò)散與泥沙淤積進(jìn)行數(shù)值模擬，并對(duì)傾倒區(qū)附近海域的水動(dòng)力特征進(jìn)行分析。傾倒區(qū)使用一段時(shí)間后，其水深、沖淤環(huán)境和生態(tài)環(huán)境可能發(fā)生一定的變化。

1 研究區(qū)域概況

所選傾倒區(qū)位于黃海，黃海是太平洋西部最大的邊緣海，位于我國與朝鮮半島之間。黃海平均水深44m，海底比較平坦，最大深度140m。自南部進(jìn)入黃海的半日潮波與山東半島南岸和黃海北部大陸反射回來的潮波互相干涉，在地轉(zhuǎn)偏向力的影響下，形成了2個(gè)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的潮波系統(tǒng)。無潮點(diǎn)分別位于成山角以東和海州灣外。黃海大部分區(qū)域?yàn)橐?guī)則半日潮，只有成山角以東至朝鮮大青島一帶和海州灣以東一片海區(qū)，為不規(guī)則半日潮。潮差東部大于西部。東部(朝鮮半島西岸)潮差一般為4～8m，仁川港附近最大可能潮差達(dá)10m。西部(中國大陸沿岸)潮差一般為2～4m，成山角附近，潮差尚不到2m，為黃海潮差最小的區(qū)域。但江蘇沿海，弶港至小洋口一帶海域，潮差較大，平均潮差超過3.9m；最大可能潮差，在小洋口近海達(dá)6.7m，長沙港北為8.4m。海域潮流，除煙臺(tái)近海和渤海海峽等處為不規(guī)則半日潮流外，其他區(qū)域?yàn)橐?guī)則半日潮流。流速東部大于西部。強(qiáng)潮流區(qū)位于朝鮮半島西端的一些水道，曾觀測(cè)到最大流速為4.8m/s；其次為西北部的老鐵山水道，最大流速超過2.5m/s。呂泗、小洋口及斗龍港以南水域，潮流亦較強(qiáng)，最大可能潮流流速2.6m/s。

2 水動(dòng)力模型

根據(jù)黃海某傾倒區(qū)位置，選取合適的計(jì)算范圍利用MIKE 21建立二維水動(dòng)力模型，為了能夠清楚了解傾倒區(qū)附近海域的潮流狀況，對(duì)傾倒區(qū)附近的海域進(jìn)行了加密。模型整體計(jì)算域由10051個(gè)節(jié)點(diǎn)和19623個(gè)三角形網(wǎng)格單元組成。模型計(jì)算域與網(wǎng)格劃分如圖1—2所示。

圖1 模型計(jì)算域網(wǎng)格劃分

圖2 傾倒區(qū)附近網(wǎng)格劃分

為保證所建立模型的準(zhǔn)確性，對(duì)水動(dòng)力計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。本模型在對(duì)計(jì)算區(qū)域的潮位、流速、流向驗(yàn)證良好的基礎(chǔ)上，對(duì)傾倒區(qū)附近區(qū)域的流場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算。

通過計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的比較結(jié)果可知，各測(cè)站的潮位、流速、流向變化與實(shí)測(cè)值擬合很好，建立的二維水動(dòng)力模型能夠很好地反映出真實(shí)的海域水動(dòng)力特征。圖3—5為水動(dòng)力特征對(duì)比結(jié)果。

圖3 2020年7月測(cè)站潮位計(jì)算和實(shí)測(cè)值對(duì)比圖

圖6—9為黃海某傾倒區(qū)附近海域大小潮漲急和落急時(shí)刻流場(chǎng)圖。從圖中可以看出，計(jì)算中雖然采用了不同尺度的網(wǎng)格，但整個(gè)計(jì)算域內(nèi)，流場(chǎng)變化合理，無突變。數(shù)值模擬結(jié)果表明：傾倒區(qū)所在位置漲落潮流最大流速約為1.02m/s，傾倒區(qū)附近主流向明顯，黃海某傾倒區(qū)漲急、落急流向沿南-北方向。

3 泥沙模型

3.1 泥沙淤積結(jié)果

基于二維水動(dòng)力模型，建立二維泥沙模型。傾倒區(qū)是面積2km2的矩形區(qū)域，全年均可傾倒。本文模擬疏浚物傾倒100萬、200萬、400萬、800萬m3/a傾倒區(qū)的海底床面淤積情況，模型傾倒模擬時(shí)長為1a。疏浚物傾倒后[5]，顆粒較大的非黏性泥沙大部分淤積在傾倒區(qū)內(nèi)。遷移能力強(qiáng)的黏性泥沙部分隨潮流遷移到傾倒區(qū)外部，傾倒區(qū)疏浚物傾倒后，易于輸運(yùn)的黏性泥沙主要隨潮流方向遷移。

圖4 3個(gè)測(cè)站大潮期流速和流向的計(jì)算和實(shí)測(cè)值對(duì)比圖

圖5 3個(gè)測(cè)站小潮期流速和流向的計(jì)算和實(shí)測(cè)值對(duì)比圖

圖6 傾倒區(qū)附近海域大潮漲急時(shí)刻流場(chǎng)分布

圖7 傾倒區(qū)附近海域大潮落急時(shí)刻流場(chǎng)分布

圖8 傾倒區(qū)附近海域小潮漲急時(shí)刻流場(chǎng)分布

圖9 傾倒區(qū)附近海域小潮落急時(shí)刻流場(chǎng)分布

傾倒區(qū)附近海域平均水深為29.03m，在4種工況下，傾倒區(qū)水深分別變淺0.49、0.98、2.01和3.66m。圖10—13給出傾倒區(qū)在100萬、200萬、400萬和800萬m3/a傾倒量情景的水深變化情況。

圖10 傾倒區(qū)傾倒100萬m3/a淤積情況示意圖

圖11 傾倒區(qū)傾倒200萬m3/a淤積情況示意圖

圖12 傾倒區(qū)年傾倒400萬m3/a淤積情況示意圖

圖13 傾倒區(qū)年傾倒800萬m3/a淤積情況示意圖

3.2 懸沙擴(kuò)散結(jié)果

懸浮泥沙[8]的運(yùn)動(dòng)軌跡不僅受海流和風(fēng)的影響，還受傾倒時(shí)間和傾倒地點(diǎn)等因素的影響，為了解疏浚物傾倒對(duì)周邊環(huán)境的影響，需要模擬懸浮泥沙各濃度的擴(kuò)散[6]情況。表1為傾倒2.19萬m3/d工況下一個(gè)完整潮流周期某傾倒區(qū)懸浮物各濃度最大擴(kuò)散面積。圖14為一個(gè)潮流周期懸浮泥沙最大擴(kuò)散面積對(duì)生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)的影響，結(jié)果顯示在傾倒量為2.19萬m3/d時(shí)，傾倒區(qū)懸浮物擴(kuò)散[7]范圍距離敏感區(qū)較遠(yuǎn)。

圖14 黃海某傾倒區(qū)傾倒2.19萬m3/d情景下懸浮物擴(kuò)散對(duì)環(huán)境敏感區(qū)的影響

表1 某黃海傾倒區(qū)傾倒區(qū)傾倒2.19萬m3/d情景下懸浮物擴(kuò)散情況

4 結(jié)語

(1)從水動(dòng)力模型結(jié)果可以看出，建立的水動(dòng)力模型可以很好地反映水動(dòng)力特征；對(duì)泥沙[12]模擬結(jié)果進(jìn)行分析可知，4種工況下傾倒區(qū)水深分別變淺0.49、0.98、2.01和3.66m；10mg/L懸浮泥沙[9]的最大擴(kuò)散面積為30.14km2，對(duì)周圍環(huán)境敏感區(qū)[10]沒有影響。

(2)傾倒區(qū)海底地形變化和懸沙擴(kuò)散[11]預(yù)測(cè)，對(duì)傾倒區(qū)的管理和使用有重要意義，類似傾倒區(qū)工程對(duì)海洋環(huán)境的影響可參照本研究進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，并結(jié)合其環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。本文只考慮了潮流作用下海上傾倒活動(dòng)對(duì)海域環(huán)境的影響，未考慮風(fēng)場(chǎng)等條件對(duì)傾倒活動(dòng)的影響，在今后的模型構(gòu)建中需要進(jìn)行深入研究。